近日，我校教师联合北京航空航天大学、北京计量科学研究院，在气溶胶领域国际顶级期刊《Journal of Aerosol Science》（中科院二区）发表题为“Microscopic Visualization of Interface Phenomena in Heterogeneous Nucleation of Water Vapor on Particles Cluster”的研究论文。论文第一作者为机电工程学院青年教师闾荔，通讯作者为我校于明州教授和北京航空航天大学陈龙飞教授，第一署名单位为中国计量大学。
航空排放碳烟颗粒成核凝冰形成尾迹云的主要机制是孔隙凝结和冻结。碳烟凝冰本身涉及复杂的相变热质输运以及多相流动，而且航空碳烟颗粒表面微观结构极其复杂，对航空碳烟成核凝冰的微观原位实验仍较少，孔隙和空腔等表面微观结构对碳烟成核凝冰的影响机制还不明确。鉴于此，本研究提出了一种通过构建细颗粒/超疏水复合表面来实现水蒸气可控冷凝的微观原位观测方法，利用环境扫描电子显微镜（ESEM）对颗粒成核凝结过程进行直接观察。结果表明，水汽总是在两个颗粒交界处的孔隙处优先成核凝结形成小液滴。我们基于布尔运算，首次使用数值积分方法求解了孔隙处的临界吉布斯自由能。发现两个粒子交界处的临界自由能仅为单颗粒表面的1/37。
值得注意的是，当水汽在复杂环状、链状组合颗粒上凝结时，水汽总是首先在环状颗粒的几何中心处成核凝结成小液滴，液滴不断凝结长大，填充环状颗粒与周围链状颗粒的孔隙。该研究结果可为深入研究尾迹云形成的微物理过程并从源头抑制尾迹云的形成提供理论依据。
该工作得到了国家自然科学基金项目（No.52425606、No.12472258）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2025.106715
